JP2010181303A - 感圧センサおよびこれを用いた乗員検知装置 - Google Patents

感圧センサおよびこれを用いた乗員検知装置 Download PDF

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Abstract

【課題】判定精度が高い感圧センサ及びこれを用いた乗員検知装置を提供する。
【解決手段】所定間隔をもって対向して配置された一対の対向電極11A,11Bを備え、入力荷重により前記一対の対向電極が接触して、前記入力荷重に応じた抵抗値を示す感圧センサ1において、前記一対の対向電極は、前記入力荷重により互いに接触する一対の第1接点13A,13Bと、前記入力荷重により互いに接触するとともに前記第1接点の抵抗値とは異なる抵抗値を有する第2接点14A,14Bとを含む。
【選択図】 図2

Description

本発明は、感圧センサおよびこれを用いた乗員検知装置に関するものである。
乗員が着座したか否かを検知する装置として、乗員による荷重の大きさに応じて対向電極の接触部位の数を段階的に増減させる構造のものが知られている(特許文献1)。
特開2000−301981号公報
しかしながら、接触部位の数を段階的に増減させるだけでは判定精度が低く、誤検知に繋がるといった問題がある。
本発明が解決しようとする課題は、判定精度が高い感圧センサ及びこれを用いた乗員検知装置を提供することである。
第1発明は、所定間隔をもって対向して配置された一対の対向電極を備え、入力荷重により前記一対の対向電極が接触して、前記入力荷重に応じた抵抗値を示す感圧センサにおいて、前記一対の対向電極は、前記入力荷重により互いに接触する一対の第1接点と、前記入力荷重により互いに接触するとともに前記第1接点の抵抗値とは異なる抵抗値を有する第2接点とを含む感圧センサによって、上記課題を解決する。
また第2発明は、所定間隔をもって対向して配置された一対の対向電極を備え、入力荷重により前記一対の対向電極が接触して、前記入力荷重に応じた電気伝導率を示す感圧センサにおいて、前記一対の対向電極は、前記入力荷重により互いに接触する一対の第1接点と、前記入力荷重により互いに接触するとともに前記第1接点とは異なる電気伝導率を有する材料からなる第2接点とを含む感圧センサによって、上記課題を解決する。
また第3発明は、上記いずれかの感圧センサと、前記感圧センサからの出力信号に基づいて乗員を検知する判定回路と、を備えた乗員検知装置によって、上記課題を解決する。
上記第1発明において、前記第1接点の抵抗値を前記第2接点の抵抗値より大きく構成することができる。
上記第1〜第3発明において、前記第2接点を、前記第1接点を取り囲む位置に設けることができ、この場合に前記第2接点を、前記第1接点を中心にして環状に設けることができる。
本発明によれば、入力荷重により接触する抵抗値または電気導電率が異なる複数の接点を設けたので、抵抗値または電気伝導率の違いによる差が入力荷重の違いに加重され、これにより入力荷重の判定精度が高くなる。
発明の一実施の形態に係る感圧センサを示す平面図である。 図1のII-II線に沿う断面図である。 図1のIII-III線に沿う断面図である。 図1の感圧センサの作用を説明する断面図(図2に対応する図)である。 図1の感圧センサの作用を説明する断面図(図2に対応する図)である。 図1の感圧センサの入力荷重に対する抵抗値の特性を示すグラフである。 発明の他の実施の形態に係る感圧センサを示す平面図である。 図7のVIII-VIII線に沿う断面図である。 図7のIX-IX線に沿う断面図である。 図7の感圧センサの作用を説明する断面図(図8に対応する図)である。 図7の感圧センサの作用を説明する断面図(図8に対応する図)である。 図7の感圧センサの作用を説明する断面図(図8に対応する図)である。 図7の感圧センサの入力荷重に対する抵抗値の特性を示すグラフである。 発明の実施形態に係る感圧センサの製造方法の一例を示す平面図(その1)である。 発明の実施形態に係る感圧センサの製造方法の一例を示す平面図(その2)である。 発明の実施形態に係る感圧センサの製造方法の一例を示す平面図(その3)である。 発明の実施形態に乗員検知装置の一実施の形態を示すブロック図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
《第1実施形態》
図1は発明の一実施の形態に係る感圧センサを示す平面図、図2は図1のII-II線に沿う断面図、図3は同じく図1のIII-III線に沿う断面図である。
本例の感圧センサ1は、スペーサ16と、当該スペーサ16を介して対向して積層されるとともに、電極11A,11Bが形成された一対のベースフィルム12A,12Bとを備える。図1においては手前(図2及び図3の上)のベースフィルム12Aを実線で示し、奥(図2及び図3の下)のベースフィルム12Bはベースフィルム12Aと同じ形状に形成されている。
ベースフィルム12A,12Bは、ポリエチレンテレフタレートPETやポリエチレンナフタレートPENなどの可撓性を有する樹脂製薄膜からなり、図1に示すように主として感圧部を構成する円形部分と、導線部を構成する矩形部分とからなる。ただし、ベースフィルム12A,12Bのこうした材質や構造などは、適用すべき対象や目的に応じて適宜変更することができる。
一対のベースフィルム12A,12Bの間に介在するスペーサ16は、ベースフィルム12A,12Bと同様に、ポリエチレンテレフタレートPETやポリエチレンナフタレートPENなどの可撓性を有する樹脂製薄膜からなり、図1に示すように中央に開口部を有する略環状部分と、導線部を構成する矩形部分とからなる。ただし、スペーサ16のこうした材質や構造などは、適用すべき対象や目的に応じて適宜変更することができる。
図2におけるベースフィルム12Aの下面と、ベースフィルム12Bの上面のそれぞれの中央部分には、抵抗値R1を有する導電体からなり、積層方向に所定間隔をもって対向する一対の第1接点13A,13Bが設けられている。これら一対の第1接点13A,13Bは、感圧センサ1にF1以上の入力荷重Fが作用すると、ベースフィルム12A,12Bが撓むことにより互いに接近して接触する。
なお、本例の第1接点13A,13Bは、図1に示すように中央の円形部分と、これから伸びる矩形部分とから構成されている。ただし、第1接点13A,13Bの具体的形状などは特に限定されない。
また、図2におけるベースフィルム12Aの下面と、ベースフィルム12Bの上面であって、第1接点13A,13Bを取り囲む位置に、抵抗値R2を有する導電体からなり、積層方向に所定間隔をもって対向する一対の第2接点14A,14Bが設けられている。これら一対の第2接点14A,14Bは、感圧センサ1にF2(>F1)以上の入力荷重Fが作用すると、ベースフィルム12A,12Bが撓むことにより互いに接近して接触する。
なお、本例の第2接点14A,14Bは、図1に示すように第1接点13A,13Bを取り囲む環状部分から構成されている。ただし、第2接点14A,14Bの具体的形状などは特に限定されない。
これら第1接点13A,13B及び第2接点14A,14Bは、銀ペースト層やカーボンペースト層で構成され、対応するベースフィルム12A,12Bのそれぞれに、銀ペーストやカーボンペーストをスクリーン印刷などでパターニングすることにより形成することができる。ベースフィルム12Aの一主面に形成された第1接点13Aと第2接点14Aが電極11Aを構成し、ベースフィルム12Bの一主面に形成された第1接点13Bと第2接点14Bが電極11Bを構成する。
さらに、図1及び図3に示すように、第2接点14A,14Bの環状部分に接続されて延在する導線15A,15Bが、図3のベースフィルム12Aの下面と、ベースフィルム12Bの上面とのそれぞれに形成され、スペーサ16を介して互いに絶縁されている。導線15A,15Bの先端には、後述するコントローラ30(図17参照)により基準電圧が印加され、この導線15A,15B間に流れる電流値の大きさに基づいて乗員の有無が判定される。
本例の感圧センサ1において、第1接点13A,13Bは抵抗値が相対的に大きいカーボンペースト層で構成され、第2接点14A,14Bは、酸化や腐食防止のためにカーボンペースト層で被覆した、抵抗値が相対的に小さい銀ペースト層で構成されている。
すなわち本例の感圧センサ1において、感圧センサ1に入力荷重F1が作用して一対の第1接点13A,13Bのみが接触したときの導線15A,15B間の抵抗Rは、カーボンペースト層からなる第1接点13A,13Bの抵抗値R1となる。これに対して、入力荷重F1より大きい入力荷重F2が作用して一対の第1接点13A,13Bに加えて第2接点14A,14Bも接触したときの導線15A,15B間の抵抗は、第2接点14A,14Bの抵抗値をR2とすると、R=R1・R2/(R1+R2)となる。このときの導線15A,15B間は、第1接点と第2接点とが並列接続された回路となるからである。
なおこれを換言すれば、一対の第1接点13A,13Bを構成する材料の電気伝導率が、一対の第2接点14A,14Bを構成する材料の電気伝導率より小さくなるように、これらの材料が選定されている。
次に作用を説明する。
図4及び図5は本例の感圧センサ1の作用を説明する断面図であって図2に対応する図であり、図4は相対的に小さい入力荷重F1が作用した場合を示し、図5は相対的に大きい入力荷重F2が作用した場合を示す。図6は本例の感圧センサ1の入力荷重Fに対する抵抗値Rの特性を示すグラフである。
図4に示すように、感圧センサ1に入力荷重F1が作用すると一対のベースフィルム12A,12Bが互いに接近する方向に撓み、これにより最も中央に形成された第1接点13A,13Bが接触する。図2に示すように第1接点13A,13B及び第2接点14A,14Bのいずれも接触していない場合は、導線15A,15B間の抵抗は無限大でありここに流れる電流はゼロであるが、第1接点13A,13Bが接触すると当該第1接点の抵抗値R1に応じた電流が流れる。これを検出することにより荷重F1の入力があったことを判定することができる。
さらに図5に示すように、荷重F1より大きい入力荷重F2が感圧センサ1に作用すると、一対のベースフィルム12A,12Bは図4に示す状態よりさらに互いに接近する方向に撓み、これにより最も中央に形成された第1接点13A,13Bに加えて、その周囲に形成された第2接点14A,14Bも接触する。上述したとおり、第1接点13A,13B及び第2接点14A,14Bの両接点が接触したときの抵抗値RはR=R1・R2/(R1+R2)であり、R2<R1と設定されているからR2=α・R1(ただしα<1)とおいて上記Rの式に代入すると、R=R1・α/(1+α)と整理される。
ここでα<1であるから、図6に示すようにR<R1となり入力荷重がF1であるときの抵抗R1より入力荷重がF2になったときの抵抗Rの方が小さくなる。特に本例では、R2=α・R1(ただしα<1)としていることから、式α<1の両辺にαを加算すると2α<1+αとなり、これを変形すると{α/(1+α)}R1<0.5R1となる。
ここで、第2接点14A,14Bの抵抗値を第1接点13A,13Bの抵抗値R1と等しくすると(以下、比較例と称する)、両接点が接触したときの抵抗値RはR=0.5R1となり、入力荷重F2の場合の抵抗は入力荷重F1の場合の半分となる。しかしながら、上式{α/(1+α)}R1<0.5R1から明らかなように、左辺は本例の感圧センサ1において両接点が接触したときの抵抗値Rを示し、右辺は上記比較例の抵抗値Rを示すことから、本例では上記比較例に比べてさらに小さい抵抗値を示すことになる。
すなわち、本例では図6に示すΔRの値を大きく設定することができるので、第1の入力荷重F1と、これより大きい第2の入力荷重F2との判定レンジが細かくなり、その結果、判定精度が高くなり誤検知を防止することができる。
また、第1の入力荷重F1が作用したときに接触する第1接点13A,13Bの抵抗値R1を、第2の入力荷重F2が作用したときに接触する第2接点14A,14Bの抵抗値R2より大きくしたので、抵抗値R1,R2の大小を反対に設定した場合(上記α>1)に比べて、図6に示すΔRを大きくすることができる。
さらに、本例の感圧センサ1では、第1接点13A,13Bを中央部分に局所的に設けるとともに、第2接点14A,14Bを、これを取り囲むように全体的に設けたので、感圧センサ1の全体に対して入力された荷重F2を検知するとともに、たとえば第1接点13A,13Bが接触しないで第2接点14A,14Bのみが接触する場合のように、感圧センサ1に対して局所的に入力された荷重F2´(<F2)を入力荷重F2として誤検知することが防止される。
また、第1接点13A,13B及び第2接点14a,14bとして、インクに導電性ビーズを分散させた感圧インクを用いずに、銀やカーボンの導電性ペーストを用いたので、感圧インクのように抵抗値に関し製造上の個体差(製造ばらつき)が生じることも抑制される。
《第2実施形態》
図7は発明の他の実施の形態に係る感圧センサを示す平面図、図8は図7のVIII-VIII線に沿う断面図、図9は同じく図7のIX-IX線に沿う断面図である。
本例の感圧センサ1は、第1接点13A,13B及び第2接点14A,14Bに加えて第3接点17A,17Bを備えた点が上記第1実施形態と相違し、その他の構成は共通する。したがって、同一の構成には同一の符号を付しその説明をここに援用する。
すなわち本例の感圧センサ1は、第1接点13A,13Bを取り囲むように環状に設けられた第2接点14A,14Bに対し、更にこれを取り囲むように環状に設けられた第3接点17A,17Bを備える。第3接点17A,17Bも、第1接点13A,13B及び第2接点14A,14Bと同様に導線15A,15Bにそれぞれ接続され、図11に示すように入力荷重F2が作用することによっては接触しないが図12に示すように入力荷重F3(>F2)が作用することによって互いに接触する。
また、第3接点17A,17Bは第2接点と同じ銀ペースト層などで構成することができるが、第3接点の抵抗値R3は第2接点14A,14Bの抵抗値R2より小さくなるように第2接点及び第3接点の銀ペースト層の材料組成が考慮されている。
次に作用を説明する
図10〜図12は本例の感圧センサ1の作用を説明する断面図であって図8に対応する図であり、図10は相対的に小さい入力荷重F1が作用した場合を示し、図11はF1より相対的に大きい入力荷重F2が作用した場合を示し、図12はF2より相対的に大きい入力荷重F3が作用した場合を示す。図11は本例の感圧センサ1の入力荷重Fに対する抵抗値Rの特性を示すグラフである。
図10〜図11に示す作用は上述した第1実施形態と同じであり、図10に示すように、感圧センサ1に入力荷重F1が作用すると一対のベースフィルム12A,12Bが互いに接近する方向に撓み、これにより最も中央に形成された第1接点13A,13Bが接触する。第1接点13A,13Bが接触すると当該第1接点の抵抗値R1に応じた電流が流れるので、これを検出することにより荷重F1の入力があったことを判定することができる。
また図11に示すように、荷重F1より大きい入力荷重F2が感圧センサ1に作用すると、一対のベースフィルム12A,12Bは図10に示す状態よりさらに互いに接近する方向に撓み、これにより最も中央に形成された第1接点13A,13Bに加えて、その周囲に形成された第2接点14A,14Bも接触する。これを検出することにより荷重F2の入力があったことを判定することができる。
なお、上述したとおり、図13に示すように入力荷重がF1であるときの抵抗R1より入力荷重がF2になったときの抵抗Rの方が小さくなり、さらに第1接点と第2接点の抵抗値を等しくした場合に比べてさらに小さい抵抗値となる。
さらに本例では、荷重F2より大きい入力荷重F3が感圧センサ1に作用すると、一対のベースフィルム12A,12Bは図12に示す状態よりさらに互いに接近する方向に撓み、これにより第1接点13A,13B及び第2接点14A,14Bに加えて、その周囲に形成された第3接点17A,17Bも接触する。これを検出することにより荷重F2の入力があったことを判定することができる。
そして上述した第1接点と第2接点との関係と同様、図13に示すように入力荷重がF2であるときの抵抗Rより入力荷重がF3になったときの抵抗Rの方が小さくなり、さらに第2接点と第3接点の抵抗値を等しくした場合に比べてさらに小さい抵抗値となる。
すなわち、本例でも図13に示すΔRx及びΔRyの値を大きく設定することができるので、第1の入力荷重F1とこれより大きい第2の入力荷重F2との判定レンジに加えて、第2の入力荷重F2とこれより大きい第3の入力荷重F3との判定レンジも細かくなり、その結果、判定精度が高くなり誤検知を防止することができる。
《製造方法の実施形態》
次に、上述した感圧センサ1の製造方法の一実施の形態を説明する。図14〜図16は発明の一実施の形態に係る感圧センサの製造方法の一例を示す平面図である。ただし、同図に示す実施形態は上記感圧センサ1を限定する趣旨ではなく、他の形態で製造してもよい。
まず、図14に示すようにポリレチレンテレフタレートPETやポリエチレンナフタレートPENなどの樹脂製フィルムからなるベースフィルム原板20を用意し、一方の主面に対し、スクリーン印刷法により銀ペーストを印刷して同図に示す第2接点14A(14B)および導線15A(15B)を形成する。なお、同図に二点鎖線で示す12A(12B)は感圧センサ1の最終外形であり、スクリーン印刷する際は、ベースフィルム原板20の基準位置(たとえば複数の基準孔を形成する。)に基づいて行うことで第2接点14A(14B)および導線15A(15B)並びに後述する第1接点13A(13B)と感圧センサ1の外形との位置決めを図る。
次いで、図15に示すように、同じくスクリーン印刷法によりカーボンペーストを印刷して同図に示す第1接点13A(13B)を形成する。このスクリーン印刷の際に、先にスクリーン印刷した第2接点14A(14B)及び導線15A(15B)の表面にもカーボンペーストを印刷し、これら銀ペースト層により形成される部分の酸化を防止して腐食から保護する。
次いで、図16の上図に示すようにポリレチレンテレフタレートPETやポリエチレンナフタレートPENなどの樹脂製フィルムを基材とし両面にアクリル樹脂系接着剤が塗布されたスペーサ原板21を用意する。このスペーサ原板21には予め開口部211が打ち抜き加工されており、この開口部211は、感圧センサ1になった状態においてスペーサ16の内周縁に相当する。そして、先に加工した2枚のベースフィルム原板20の間にスペーサ原板21を位置合わせして重ね合わせ、必要に応じて加熱しながら圧着する。
これにより、一対のベースフィルム12A,12Bの間にスペーサ16が積層された感圧センサ1の原板が得られるので、所定の外形形状に打ち抜き加工することで感圧センサ1が完成する。
なお、上述した例では2枚のベースフィルム原板20及び1枚のスペーサ原板21から一つの感圧センサ1が得られるように説明したが、2枚のベースフィルム原板20及び1枚のスペーサ原板21から複数の感圧センサ1を製造するようにしてもよい。
《第3実施形態》
上述した実施形態の感圧センサ1は、自動車の座席に設置して乗員が着座しているか否かを判定する目的で使用することができる。図17は発明の実施形態に乗員検知装置の一実施の形態を示すブロック図である。
本例の乗員検知装置は、上述した第1実施形態及び第2実施形態を含む本発明に係る感圧センサ1と、感圧センサ1からの出力信号に基づいて乗員を検知するコントローラ30(本発明に係る制御手段に相当する。)と、を備える。
同図に示すように車両シート18の所定箇所に設置された感圧センサ1は、一対の導線15A,15B(図3等参照)が互いにそれぞれ直列に接続され、コントローラ30の一対の入力端子に接続されている。
本例のコントローラ30は、入力端子に接続された一対の導線15A,15B間に基準電圧を印加する基準電圧印加部31(たとえば電源)と、一対の導線15A,15B間に流れる電流を測定する電流測定部32(たとえば電流計)と、入力荷重Fに応じた比較電流を記憶する比較電流記憶部34(たとえばメモリ)と、電流測定部32で測定された電流と比較電流記憶部34に記憶された比較電流とを比較する電流比較部33(たとえば比較回路)と、電流比較部33の比較結果に基づいて乗員の有無を判定して車両制御装置40へ出力する判定出力部35と、を備えている。
そして、たとえば助手席や後部座席に感圧センサ1を設け、助手席や後部座席に乗員が着座していることを検知した場合のみ、車両制御装置40が助手席や後部座席のエアーバッグをスタンバイしたり、シートベルトの着用喚起ブザーを鳴らしたり、あるいはエアコンの調和空気を吹き出したりするように構成することができる。この場合に、乗員が着座している状態であってもそれが大人か子供かを体重、すなわち入力荷重で判定することもできる。
なお、車両シート18に対する感圧センサ1のレイアウトや車両制御装置40における制御対象は上述した例に限定されず、種々の目的及び用途に適用することができる。
1…感圧センサ
11A,11B…電極
12A,12B…ベースフィルム
13A,13B…第1接点
14A,14B…第2接点
15A,15B…導線
16…スペーサ
17A,17B…第3接点
18…車両シート
20…ベースフィルム原板
21…スペーサ原板
211…開口部
30…コントローラ
31…基準電圧印加部
32…電圧測定部
33…電圧比較部
34…比較電圧記憶部
35…判定出力部
40…車両制御装置

Claims (6)

  1. 所定間隔をもって対向して配置された一対の電極を備え、入力荷重により前記一対の電極が接触して、前記入力荷重に応じた抵抗値を示す感圧センサにおいて、
    前記一対の電極は、前記入力荷重により互いに接触する一対の第1接点と、前記入力荷重により互いに接触するとともに前記第1接点の抵抗値とは異なる抵抗値を有する第2接点とを含むことを特徴とする感圧センサ。
  2. 請求項1に記載の感圧センサにおいて、
    前記第1接点の抵抗値は、前記第2接点の抵抗値より大きいことを特徴とする感圧センサ。
  3. 所定間隔をもって対向して配置された一対の対向電極を備え、入力荷重により前記一対の対向電極が接触して、前記入力荷重に応じた電気伝導率を示す感圧センサにおいて、
    前記一対の対向電極は、前記入力荷重により互いに接触する一対の第1接点と、前記入力荷重により互いに接触するとともに前記第1接点とは異なる電気伝導率を有する材料からなる第2接点とを含むことを特徴とする感圧センサ。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の感圧センサにおいて、
    前記第2接点は、前記第1接点を取り囲む位置に設けられていることを特徴とする感圧センサ。
  5. 請求項4に記載の感圧センサにおいて、
    前記第2接点は、前記第1接点を中心にして環状に設けられていることを特徴とする感圧センサ。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の感圧センサと、
    前記感圧センサからの出力信号に基づいて乗員を検知する制御手段と、を備えたことを特徴とする乗員検知装置。
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